Classification des finitions de surface des PCB : Types, caractéristiques et applications

Les finitions de surface de PCB sont les héros méconnus de la fabrication d'électronique, comblant l'écart entre les traces de cuivre nues et les joints de soudure.Ces revêtements de protection assurent des connexions électriques fiables, résistant à la corrosion et prolongeant la durée de conservation, essentiel pour tout, des smartphones aux systèmes aérospatiaux.le choix de la finition appropriée dépend des besoins de l'applicationLe présent guide classe les finitions de surface de PCB les plus courantes, compare leurs caractéristiques, analyse les caractéristiques de la surface des PCB et décrit les caractéristiques de la surface des PCB.et vous aide à choisir la meilleure option pour votre projetJe suis désolé.

Les points clés
1Les finitions de surface des PCB protègent les traces de cuivre de l'oxydation, assurant la soudabilité pendant l'assemblage et la fiabilité à long terme.
2.ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) offre la meilleure combinaison de soudabilité, de durée de conservation et de performances à haute fréquence, idéale pour les applications médicales et aérospatiales.
3.HASL (Hot Air Solder Leveling) reste rentable pour les appareils électroniques grand public mais rencontre des difficultés avec les composants à haute résonance.
4.L'étain et l'argent immergés se distinguent dans les conceptions sans plomb et à haute densité, tandis que l'OSP (conservateur de soudurabilité organique) est préférable pour les projets à faible coût et à courte durée de conservation.
5La sélection dépend de facteurs tels que la taille de l'emplacement (≤ 0,4 mm nécessite ENIG/étain), la durée de conservation (ENIG dure > 1 an) et le stress environnemental (les automobiles doivent résister à des températures élevées).

Quelles sont les finitions de surface des PCB?
Les finitions de surface de PCB sont des revêtements minces appliqués sur des traces de cuivre exposées et des plaquettes après gravure.
Prévenir l'oxydation: le cuivre nu réagit avec l'air, formant une couche d'oxyde non soudable en quelques heures.
Améliorer la soudabilité: fournir une surface stable pour que la soudure se mouille et forme des joints solides lors de la soudure par reflux ou par ondes.
Protégez pendant la manipulation: résistez aux rayures, à l'humidité et aux produits chimiques pendant l'assemblage et le stockage.
Sans finition, les PCB ne peuvent pas être assemblés en quelques jours, et même une légère oxydation peut provoquer des défaillances des joints de soudure lors de l'utilisation sur le terrain.

Classification des finitions de surface de PCB
Les finitions de surface sont classées selon leurs matériaux et leurs procédés d'application.

1. HASL (nivellement par soudure à air chaud)
Le HASL est l'une des finitions les plus anciennes et les plus utilisées, en particulier dans la production en grande quantité.
Trempage du PCB dans de la soudure en fusion (sans plomb ou contenant du plomb).
Souffler de l'air chaud à travers la surface pour éliminer l'excès de soudure, laissant un revêtement plat (mais légèrement inégal).
Caractéristiques:
Composition: 99,3% d'étain, 0,7% de cuivre (sans plomb) ou 63% d'étain/37% de plomb (traditionnel, maintenant rare).
Soudabilité: Excellent pour les composants SMT à trous ouverts et de grande taille; souder facilement.
Durée de conservation: 6 à 9 mois (l'oxydation dégrade lentement la soudabilité).
Coût: Le plus bas parmi les finitions (1x référence).
Les avantages:
Économique pour une production en gros volume (100 000 unités ou plus).
Résiste à plusieurs cycles de reflux (35x).
Les inconvénients:
Une surface inégale (± 10 μm) risque de créer un pont de soudure dans les composants à haute résistance (< 0,8 mm).
Les versions sans plomb ont des points de fusion plus élevés, nécessitant des profils de reflux plus chauds.
Meilleur pour: les appareils électroniques grand public (TV, routeurs), les PCB à faible coût avec de gros composants.

2. ENIG (or à immersion au nickel sans électro)
L'ENIG est une finition à deux couches: une barrière de nickel (3 ‰ 6 μm) recouverte d'une fine couche d'or (0,05 ‰ 0,2 μm).
Caractéristiques:
Composition: nickel-phosphore (6% de phosphore) + or pur.
Soudabilité: Excellente; le nickel forme des liaisons fortes avec la soudure, tandis que l'or empêche l'oxydation.
Durée de conservation: > 1 an (l'or résiste à l'oxydation indéfiniment).
Coût: 1,5 fois plus élevé que HASL.
Les avantages:
Surface plate (± 2 μm) idéale pour les composants à haute résonance (≤ 0,4 mm BGA, QFN).
Performance à haute fréquence (faible perte de signal jusqu'à 40 GHz) grâce à la conductivité de l'or.
Résistant à la corrosion et aux températures extrêmes (-40°C à 125°C).
Les inconvénients:
Risque de "plaque noire" (corrosion du nickel sous l'or) si les paramètres de placage sont désactivés.
L'or est coûteux; des couches épaisses (> 0,2 μm) provoquent la fragilité de la soudure.
Meilleur pour: les appareils médicaux, l'aérospatiale, les équipements 5G et les PCB avec des composants à haute résonance.

3Une plongée en fer
L'étain d'immersion dépose une couche d'étain pur (0,8 à 2,5 μm) par réaction chimique, formant une surface soudable sans électricité.
Caractéristiques:
Composition: 99,9% d'étain.
Soudabilité: très bonne; forme des joints de soudure solides et ductiles.
Durée de conservation: plus de 12 mois avec un stockage approprié (sacs secs et scellés).
Le coût: 1,2 ¢ 1,5 x HASL.
Les avantages:
Surface plate (± 3 μm) adaptée à des conceptions à haute densité et à haute résistance.
Il est exempt de plomb et conforme à la directive RoHS.
Compatible avec les soudures sans plomb et traditionnelles.
Les inconvénients:
Réceptif aux "moustaches d'étain" (petits filaments conducteurs) dans des environnements humides, ce qui présente un risque de court-circuit.
Il nécessite une manipulation prudente; l'étain se rayure facilement.
Meilleur pour: les appareils électroniques de l'automobile (phares LED), les capteurs industriels et les circuits imprimés à haute résolution moyenne.

4. OSP (préservateur de soudurabilité organique)
L'OSP est un mince revêtement organique (0,1 à 0,5 μm) appliqué par trempage, formant une couche protectrice qui se dissout lors du soudage, exposant le cuivre frais.
Caractéristiques:
Composition: Produits organiques à base d'azoles (dérivés du benzotriazole).
Soudabilité: bonne pour 1 ̊2 cycles de reflux; se dissout bien pendant le soudage.
Durée de conservation: 3 à 6 mois (degré d'humidité > 60%).
Coût: 0,8x HASL (le moins cher pour un volume réduit).
Les avantages:
Surface ultra-plate (± 1 μm) idéale pour les composants à haute résistance (< 0,4 mm).
Aucune couche métallique, préservant l'intégrité du signal haute fréquence (idéal pour la 5G).
Les inconvénients:
Utilisation unique; l'OSP se dissout pendant le soudage, laissant le cuivre exposé à l'oxydation par la suite.
Faible durabilité; les rayures ou l'humidité nuisent à la soudabilité.
Meilleur pour: les prototypes à faible volume, les PCB à haute fréquence (5G, radar) et les appareils à courte durée de vie.

5L' immersion en argent.
L'argent d'immersion est une fine couche d'argent (0,1 ∼0,5 μm) déposée chimiquement, offrant un équilibre entre performance et coût.
Caractéristiques:
Composition: argent pur.
Soldabilité: excellente; forme des joints solides avec un flux minimal.
Durée de conservation: 6 à 9 mois (tarnishes à haute humidité).
Le coût: 1,3 ¢ 1,6 x HASL.
Les avantages:
La surface plate (± 3 μm) est utilisée pour les signaux à haute vitesse et à haute résonance (0,5 mm).
Un traitement plus rapide que l'ENIG, réduisant les délais.
Les inconvénients:
L'obscurcissement (noircissement) dans des environnements humides (> 60% RH) réduit la soudabilité.
La migration de l'argent risque des courts-circuits dans les PCB haute tension.
Meilleur pour: les équipements de télécommunications, les PCB militaires et les projets nécessitant un traitement plus rapide que l'ENIG.

Tableau de comparaison: Finitions de surface de PCB

Comment choisir le bon revêtement de surface
La sélection dépend des besoins spécifiques de votre projet.

1. Taille de la hauteur du composant
Tête fine (< 0,4 mm): ENIG ou OSP (surfaces plates empêchent les ponts).
Tête moyenne (0,5 0,8 mm): étain d'immersion, argent ou ENIG.
Grand écart (> 0,8 mm): HASL (le plus économique).

2Exigences relatives à la durée de conservation
> 6 mois: ENIG ou étain d'immersion (résiste à l'oxydation le plus longtemps).
3 à 6 mois: argent d'immersion ou HASL.
À court terme (prototypes): OSP (coût le plus bas).

3. Environnement d'application
Haute humidité: ENIG (l'or résiste aux taches) ou étain d'immersion (meilleur que l'argent).
Température élevée: ENIG (le nickel résiste à 300°C+) ou étain par immersion.
Haute fréquence (5G/radar): OSP (pas de couche métallique) ou ENIG (faible perte de signal).

4Volume de production et coût
Volume élevé (100k+): HASL (coût unitaire le plus bas).
Volume moyen (10k 100k): étain ou argent à immersion.
Faible volume/haute fiabilité: ENIG (justifie un coût plus élevé).

5. Normes de l'industrie
Pour l'automobile (IATF 16949): ENIG ou étain d'immersion (résistant aux vibrations et à la chaleur).
Médical (ISO 13485): ENIG (biocompatible, longue durée de conservation).
Aérospatiale (AS9100): ENIG (résistant aux conditions extrêmes).

Les mythes courants sur les finitions de surface des PCB
Mythe: l'ENIG est toujours meilleur.
Fait: l'ENIG est trop coûteux pour les PCB à haute résonance; le HASL fonctionne bien et coûte moins cher.

Mythe: l'OSP est peu fiable.
Fait: OSP fonctionne bien pour les appareils à courte durée de vie (par exemple, les appareils électroniques saisonniers) et les conceptions à haute fréquence.

Mythe: L'immersion d'étain provoque des moustaches dans tous les cas.
Fait: Un revêtement approprié (additifs pour supprimer les moustaches) et un stockage approprié (conditions sèches) réduisent ce risque.

FAQ
Q: Quelle est la meilleure finition pour les PCB à haute fréquence (28 GHz+)?
R: OSP (pas de couche métallique) ou ENIG (faible perte d'or) sont les meilleurs.

Q: Puis-je utiliser ENIG pour le montage sans plomb?
R: Oui. ENIG fonctionne avec des soudures sans plomb (Sn-Ag-Cu) et répond aux exigences RoHS.

Q: Comment prolonger la durée de conservation du produit?
R: Conserver les PCB dans des sacs scellés avec des déshydrants, maintenir l'humidité < 50% et utiliser dans les 3 mois suivant la production.

Q: Quelles sont les causes de la "plaque noire" dans l'ENIG?
R: Surgraver du nickel ou des paramètres de placage en or inappropriés.

Q: La HASL est-elle toujours pertinente pour les réglementations sans plomb?
R: Oui, le HASL sans plomb (Sn-Cu) est conforme à la directive RoHS et reste rentable pour les grands composants.

Conclusion
Les finitions de surface de PCB sont essentielles à la fiabilité, au succès de l'assemblage et aux performances.OSP pour les hautes fréquences, vous pouvez choisir la finition optimale pour votre projetQue vous construisiez un smartphone ou un satellite, la finition de surface appropriée garantit que votre PCB survit à l'assemblage, au stockage et à des années d'utilisation sur le terrain.